FR2492960A1

FR2492960A1 - Refractory lance for furnaces - carrying lug for driving sample carriages and bulge to prevent air ingress

Info

Publication number: FR2492960A1
Application number: FR8022661A
Authority: FR
Inventors: Guy Dubois
Original assignee: EFCIS
Current assignee: EFCIS
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1982-04-30
Also published as: FR2492960B1

Abstract

Refractory lance for introduction into and withdrawal from a carriage (14) for supporting pieces to be treated in a tubular furnace under a flow of treatment gas, esp. a furnace for oxidation and/or diffusion for Si-based semiconductors, consists of an elongated straight quartz tube (20) with a lug (18) at one end to engage with the carriage (14) to move it. Specifically, the land is provided between its ends with an expanded or bulged cylindrical portion (28) having a dia slightly less than that of the furnace tube. The bulge prevents penetration of air from outside into the furnace tube volule permitting outflow of gas from the furnace during the whole process of introduction, treatment and withdrawal of pieces to be treated.

Description

CANNE REFRACTAIRE POUR L'INTRODUCTION ET LE RETRAIT
D'UNE NACELLE DANS UN FOUR DE TRAITEMENT CHIMIQUE SOUS
FLUX GAZEUX, ET FOUR UTILISANT UNE TELLE CANNE
La présente invention concerne les fours de traitement chimique de pièces et notamment les fours d'oxydation et de diffusion servant a la préparation de circuits à semiconducteurs au silicium.REFRACTORY ROD FOR INTRODUCTION AND WITHDRAWAL
OF A PLATFORM IN A CHEMICAL TREATMENT OVEN UNDER
GAS STREAMS, AND OVEN USING SUCH A CANE
The present invention relates to furnaces for the chemical treatment of parts, and in particular to oxidation and diffusion ovens used for the preparation of silicon semiconductor circuits.

Le traitement chimique s'effectue normalement en présence d'un flux d'un gaz de réaction qui pénètre dans le four par une extrémité et en sort par l'autre où il est aspiré pour éviter notamment des émanations de gaz toxiques à l'intérieur de la pièce où le traitement est effectué. The chemical treatment is normally carried out in the presence of a flow of a reaction gas which enters the furnace by one end and leaves it by the other where it is sucked to avoid in particular fumes of toxic gases inside. of the room where the treatment is carried out.

L'aspiration doit se faire de manière à assurer une vitesse de sortie des gaz de réactions suffisante et constante. Elle se fait du côté de l'ouverture du four, par laquelle on introduit les pièces à traiter. The suction must be done in such a way as to ensure a sufficient and constant rate of exit of the reaction gases. It is done on the side of the opening of the oven, through which the parts to be treated are introduced.

Les solutions actuelles pour réaliser l'aspiration des gaz de réaction consistent à prévoir au niveau de l'ouverture du four un système de fermeture étanche débouchant sur une aspiration ; ce système peut se présenter sous forme d'un bouchon rodé s'adaptant étroitement à l'ouverture du four, bouchon qui se prête bien aux opérations d'introduction manuelles des pièces dans 1 four, mais qui est inapplicable lorsque l'on veut automatiser le traitement , et notamment l'introduction et le retrait des pièces ; on a proposé alors, en vue de permettre cette automatisation, de fermer ltouverture du four par une plaque pouvant se déplacer avec une canne mobile d'entrainement d'un chariot portant les pièces à traiter ; cette solution présente des difficultés de réalisation en quartz, et le positionnement de la plaque par rapport au four est délicat, sur- tout lorsqu'on désire donner à la canne un mouvement d'oscillation en va et vient lent ; On a aussi proposé d'utiliser un tube de transport placé à l'extrémité du four et servant en quelque sorte de sas d'entrée au chariot portant les pièces à traiter ; ce tube présente une ouverture de passage d'une canne d'entraînement des pièces à traiter, et l'inconvénient du système provient de la présence de fuites de gaz que l'on peut difficilement aspirer en gardant un débit constant et en évitant des turbulences pouvant créer une rétrodiffusion d'air vers l'intérieur du four. Current solutions for carrying out the suction of the reaction gases consist in providing at the opening of the furnace a sealed closure system leading to a suction; this system can be in the form of a lapped plug which adapts tightly to the opening of the oven, a plug which lends itself well to manual insertion operations of parts in 1 oven, but which is inapplicable when you want to automate processing, and in particular the introduction and removal of parts it was then proposed, in order to allow this automation, to close the opening of the oven by a plate which can move with a movable cane for driving a carriage carrying the parts to be treated; this solution presents difficulties in making quartz, and the positioning of the plate relative to the oven is delicate, especially when it is desired to give the rod a slow back and forth movement of oscillation; It has also been proposed to use a transport tube placed at the end of the oven and serving as a sort of airlock for entering the carriage carrying the parts to be treated; this tube has an opening for the passage of a drive rod for the parts to be treated, and the drawback of the system comes from the presence of gas leaks which can hardly be sucked in while keeping a constant flow rate and avoiding turbulence. can create a backscatter of air towards the interior of the oven.

La présente invention propose un système permettant l'automatisation de l'introduction, du retrait, et de la mise en mouvement des pièces à traiter, à l'intérieur du four, tout en facilitant le contrôle du débit du gaz de réaction circulant à l'intérieur du four et en évitant les turbulences et rétrodiffusions d'air vers les pièces à traiter aussi bien pendant l'introduction et le retrait que pendant le traitement des pièces. The present invention provides a system for automating the introduction, removal, and setting in motion of the parts to be treated, inside the furnace, while facilitating the control of the flow rate of the reaction gas circulating at the inside the oven and avoiding air turbulence and backscattering towards the parts to be treated both during the introduction and the withdrawal as during the treatment of the parts.

Pour cela, l'invention propose une canne réfractaire destinée à l'introduction et au retrait d'un chariot de support de pièces à traiter dans un four de traitement sous flux gazeux, cette canne étant caractérisée par le fait qu'elle est constituée par un tube de quartz rectiligne allonge terminé à une extrémité par un bec d'accrochage susceptible de venir en prise avec le chariot pour permettre son entraînement par la canne, le tube présentant entre ses deux extrémités une partie renflée sensiblement cylindrique ayant un diamètre légèrement inférieur au diamètre de l'ouverture d'introduction du four. For this, the invention provides a refractory cane intended for the introduction and removal of a workpiece support trolley to be treated in a gas flow treatment oven, this cane being characterized by the fact that it is constituted by an elongated rectilinear quartz tube terminated at one end by a hooking spout capable of coming into engagement with the carriage to allow it to be driven by the rod, the tube having between its two ends a substantially cylindrical bulged portion having a diameter slightly less than the diameter of the oven introduction opening.

Cette partie renflée a de préférence une forme légèrement fuselée au moins vers l'avant pour faciliter sa pénétration dans l'ouverture du four. This swollen part preferably has a slightly tapered shape at least towards the front to facilitate its penetration into the opening of the oven.

On prévoit aussi de préférence qu'elle est creuse et que l'intérieur communique avec l'interi- eur du tube allongé, -afin de pouvoir notamment remplir la partie renflée d'une matière réfractaire ayant des propriétés thermiques d'isolation pour réduire le flux thermique de l'intérieur vers l'extérieur du four à travers l'ouverture de celui-ci. Cette matière peut comprendre de la laine de quartz ou des fibres d'alumine. It is also preferably provided that it is hollow and that the interior communicates with the interior of the elongated tube, in order to be able in particular to fill the bulged part with a refractory material having thermal insulation properties to reduce the heat flow from the inside to the outside of the oven through the opening thereof. This material may include quartz wool or alumina fibers.

Des écrans thermiques sous forme de rondelles peuvent être soudés aux tubes entre la partie renflée et le bec d'accrochage du chariot. Heat shields in the form of washers can be welded to the tubes between the bulged part and the hooking spout of the carriage.

Le four de traitement selon l'invention, qui est pourvu drune telle canne réfractaire, comporte un mécanisme de mise en mouvement de la canne, qui permet d'automatiser l'introduction, le retrait et la mise en mouvement du chariot accroché à cette canne et donc des pièces à traiter. The treatment oven according to the invention, which is provided with such a refractory rod, comprises a mechanism for setting in motion the rod, which makes it possible to automate the introduction, the withdrawal and the setting in motion of the carriage attached to this rod and therefore parts to be treated.

Cette automatisation s'effectue sans dif culte de positionnement de la canne et de la partie renflée qui forme un bouchon, et avec un contrôle efficace de l'évacuation de gaz grace a l'espace annulaire constant qui existe autour de la partie renflée indé- pendamment de la position de la canne dans le four qui a une forme tubulaire. This automation is carried out without dif cult positioning of the cane and the swollen part which forms a plug, and with an effective control of the gas evacuation thanks to the constant annular space which exists around the swollen part inde depending on the position of the rod in the oven which has a tubular shape.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront à la lecture de la description detaillée qui suit et qui est faîte en référence aux dessins annexéx dans lesquels
la figure 1 représente une-vue générale en coupe du four selon l'invention
la figure 2 représente une coupe longitu dinale detaillee de la canne selon 11 invention
la figure 3 représente une coupe transversale corresp.ondant à la figure 2.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and which is given with reference to the appended drawings in which
Figure 1 shows a general sectional view of the oven according to the invention
2 shows a detailed longitudinal section of the rod according to the invention
FIG. 3 represents a cross section corresponding to FIG. 2.

A la figure 1 on a représenté schématiquement un four de diffusion et/ou d'oxydation de semiconducteurs destine à la fabrication de composants ou de circuits intégrés. In Figure 1 there is shown schematically a semiconductor diffusion and / or oxidation oven intended for the manufacture of components or integrated circuits.

Ce four 10 a une forme générale tubulaire et possède à une de ses extrémités une ouverture 12 servant à l'introduction des pièces à traiter. This oven 10 has a generally tubular shape and has at one of its ends an opening 12 used for the introduction of the parts to be treated.

Ces pièces sont portées par une nacelle placée sur un chariot 14 qui peut se déplacer à l'inte- rieur du four. Le chariot 14 est représenté sur le figure 1 mais non la nacelle et les pieces qu'elle porte. These parts are carried by a nacelle placed on a carriage 14 which can move inside the oven. The carriage 14 is shown in Figure 1 but not the nacelle and the parts it carries.

Le chariot 14 possède une prise d'accrochage 16 dans laquelle peut venir se loger un bec d'accrochage 18 d'une canne réfractaire 20 destinée à transmettre au chariot 14 un mouvement programme établi par un mécanisme de mise en mouvement 22 situé à l'extérieur du four.The carriage 14 has a hooking socket 16 in which can be accommodated a hooking spout 18 of a refractory rod 20 intended to transmit to the carriage 14 a program movement established by a movement mechanism 22 located at the outside the oven.

La canne réfractaire 20 est constituée, de même que le chariot 14 en quartz qui est un matériau spécialement approprié pour des organes devant pénétrer à l'intérieur d'un four de traitement de semiconducteurs.The refractory rod 20 is made up, as is the carriage 14 made of quartz which is a material specially suitable for members which have to penetrate inside a semiconductor processing furnace.

Comme cela est habituel dans les fours de diffusion etAu d'oxydation , on prévoit d'un coté du four un moyen non représenté pour injecter un gaz de réaction que l'on veut faire agir sur les pièces à traiter, tandis qu'une hotte d'aspiration 24 est placée à l'autre extrémité du four pour récupérer le gaz de réaction après son passage dans le four. As is usual in diffusion and oxidation ovens, there is provided on one side of the furnace a means, not shown, for injecting a reaction gas which it is desired to act on the parts to be treated, while a hood suction 24 is placed at the other end of the oven to recover the reaction gas after it has passed through the oven.

Cette hotte d'aspiration 24 entoure l'extrémité ouverte 12 du four de manière à ne pas laisser echapper de gaz vers l'atmosphère extérieure. Contrairement à la technique antérieure de ce genre de four, on ne prévoit pas de bouchon destiné à venir s'appliquer sur l'ouverture 12 pour empêcher les fuites de gaz de réaction et la pénétration de l'air extérienir, mais c'est la canne réfractaire 20 elle-même qui fait office de bouchon mobile pénétrant à l'intérieur du four.This extractor hood 24 surrounds the open end 12 of the oven so as not to allow gas to escape to the outside atmosphere. Unlike the prior art of this type of oven, there is no provision for a plug intended to be applied to the opening 12 to prevent leakage of reaction gases and the penetration of outside air, but this is the refractory rod 20 itself which acts as a movable plug penetrating inside the furnace.

A cet effet, on prévoit que la canne réfracr taire est constituée de la manière suivante : elle com prend essentiellement un tube allongé: rectiligne dont la partie avant 26 pénètre à l'intérieur du four et possède un bec d'accrochage 18 s'emmanchant sur le chariot 14, et dont la partie arrière 27 est couplée, à l'extérieur du four, au mécanisme de mise en mouvement 22. Entre les parties avant et arrière 26 et 27, on prévoit que la canne réfractaire 20 possède une partie renflée 28 qui fait office de bouchon partiel à l'intérieur du four pour les gaz de réaction qui circulent. For this purpose, provision is made for the refractory rod to be constituted in the following manner: it essentially comprises an elongated tube: rectilinear, the front portion 26 of which penetrates inside the furnace and has a hooking spout 18 which is engaged on the carriage 14, and the rear part 27 of which is coupled, outside the furnace, to the movement-setting mechanism 22. Between the front and rear parts 26 and 27, provision is made for the refractory rod 20 to have a bulged part 28 which acts as a partial plug inside the oven for the circulating reaction gases.

La partie renflée 28 est, comme le reste de la canne réfractaire, en quartz. Elle a une forme sensiblement cylindrique et est fuselée légèrement, de préférence vers l'avant et vers l'arrière, pour faciliter le centrage de la canne à l'intérieur du four tubulaire et pour faciliter l'écoulement gazeux de l'inte- rieur vers l'extérieur du four entre la périphérie de la partie renflée 28 et la paroi intérieure du four. The bulged part 28 is, like the rest of the refractory rod, made of quartz. It has a substantially cylindrical shape and is tapered slightly, preferably forwards and backwards, to facilitate the centering of the cane inside the tube furnace and to facilitate the gas flow from the inside. towards the outside of the oven between the periphery of the bulged part 28 and the inside wall of the oven.

On prévoit en effet que la partie 28 n'obture pas complètement le four, mais laisse un passage étroit tout autour de sa périphérie pour l'échap- pement des gaz de réaction. Pendant l'introduction et le retrait du chariot 14, l'écoulement gazeux n'est pas perturbé et ne risque pas de mener à des turbulences pouvant créer une rétrodiffusion d'air de l'atmosphère extérieure vers l'intérieur du four. Au contraire, l'é- coulement gazeux est constant quelle que soit la position de la canne à l'intérieur: du four tubulaire. Provision is in fact made for the part 28 not to completely shut off the oven, but to leave a narrow passage all around its periphery for the exhaust of the reaction gases. During the introduction and removal of the carriage 14, the gas flow is not disturbed and does not risk leading to turbulence which can create a backscattering of air from the outside atmosphere towards the inside of the oven. On the contrary, the gas flow is constant whatever the position of the rod inside: the tubular oven.

Comme on le voit encore sur la figure 1, on a prévu le long du tube réfractaire allongé des écrans 30 et 32 qui ont deux fonctions d'une part de former un écran thermique entre l'intérieur et I'extérieur du four, et d'autre part de réduire encore le risque de rétrodiffusion d'air au moment de la sortie du chariot hors du four. Ces écrans 30 et 32 peuvent être des rondelles de quartz soudées au tube. As can still be seen in FIG. 1, screens 30 and 32 have been provided along the elongated refractory tube which have two functions on the one hand to form a heat shield between the interior and the exterior of the furnace, and d on the other hand, to further reduce the risk of air backscattering when the carriage leaves the oven. These screens 30 and 32 can be quartz washers welded to the tube.

I1 est particulièrement intéressant en outre de prévoir que la partie renflée 28 formant bouchon partiel, est remplie d'une matière réfractaire ayant des propriétés d'isolation thermique, par exemple de la laine de quartz ou des fibres d'alumine ou d'alumino-silicates pour que le bouchon 28 devienne en même temps un bouchon thermique empêchant le rayonnement de chaleur du four vers l'extérieur. On a en effet intérêt à augmenter l'uniformité de température au sein du four ou plus exactement la longueur de zone uniforme de température, et la présente d'un bouchon thermique tend à augmenter cette longueur. It is particularly advantageous in addition to provide that the bulged part 28 forming a partial plug is filled with a refractory material having thermal insulation properties, for example quartz wool or fibers of alumina or of alumino. silicates so that the plug 28 becomes at the same time a thermal plug preventing the radiation of heat from the oven to the outside. It is in fact advantageous to increase the uniformity of temperature within the oven or more exactly the length of uniform temperature zone, and the presence of a thermal plug tends to increase this length.

L'intervalle qu'on peut laisser entre la périphérie du bouchon 28 et la paroi intérieure du four tubulaire peut être de quelques millimètres. A titre d'exemple, pour un diamètre de four d'environ 130 mm, on peut avoir un intervalle de 2 à 3 mm tout autour de la périphérie du bouchon 28. The interval that can be left between the periphery of the plug 28 and the interior wall of the tube furnace can be a few millimeters. By way of example, for an oven diameter of approximately 130 mm, there may be an interval of 2 to 3 mm all around the periphery of the plug 28.

Outre l'introduction et le retrait du chariot 14, que l'on peut faire grâce à cette canne réfractaire sans perturber l'écoulement du gaz de réaction, sans provoquer de rétrodiffusion, et en ayant une facilité de positionnement de la canne due notamment à la forme fuselée de la partie renflée 28, on peut encore réaliser sans perturbations un mouvement de va et vient du chariot 14 à l'intérieur du four, comme on a fréquemment besoin de le faire pour éviter notamment les risques de collage du quartz à haute température à l'intérieur du four. In addition to the introduction and removal of the carriage 14, which can be done with this refractory rod without disturbing the flow of the reaction gas, without causing backscattering, and by having an ease of positioning of the rod due in particular to the tapered shape of the bulged part 28, it is still possible to carry out without disturbance a movement back and forth of the carriage 14 inside the furnace, as is frequently necessary to do in order to avoid in particular the risks of sticking of quartz at high temperature inside the oven.

Les figures 2 et 3 représentent, respectivement en coupe longitudinale èt en coupe transversale, une vue agrandie de la canne réfractaire elle-même. Figures 2 and 3 show, respectively in longitudinal section and in cross section, an enlarged view of the refractory rod itself.

On y reconnut les parties avant 26 et arrière 27 de la canne, qui sont constituées .:par des tubes minces de quartz soufflés ; la partie renflée 28 est constituée également par un tube de diamètre plus important, soudé sur les parties avant 26 et 27 et profilé au tour. Le bec d'accrochage 18 est soudé à 1 'extrémité de la partie avant 26, et les écrans thermiques 30 et 32 sont également soudés sur le tube mince de quartz. We recognized the front 26 and rear 27 parts of the cane, which consist of: thin tubes of blown quartz; the bulged part 28 also consists of a tube of larger diameter, welded to the front parts 26 and 27 and profiled in turn. The hooking spout 18 is welded to the end of the front part 26, and the heat shields 30 and 32 are also welded to the thin quartz tube.

La canne réfractaire et le four selon l'invention qui viennent d'être décrits ont été expérimentes et ont effectivement conduits à une amélioration des possibilités d'automatisation des opérations de chargement et de déchargement des tranches de silicium dans un four de dopage et/ou d'oxydation. The refractory rod and the furnace according to the invention which have just been described have been tested and have effectively led to an improvement in the possibilities of automation of the operations of loading and unloading of the silicon wafers in a doping furnace and / or oxidation.

Claims

1. Refractory rod intended for the introduction and removal of a carriage for supporting parts to be treated in a tubular furnace for treatment under gas flow, in particular an oxidation and / or diffusion furnace for semiconductors based on silicon, this rod being constituted by an elongated rectilinear quartz tube (20) terminated at its front end by a hooking spout (18) which can come into engagement with the carriage (14) to drive it, characterized in that the tube is provided between its two ends with a bulged portion (28) substantially cylindrical, having a diameter slightly smaller than the diameter of the tubular oven, to prevent the penetration of air from the outside to the inside of the oven while thus authorizing the exit of the gas flow from the furnace in a constant manner both during the treatment of the parts and during their introduction and withdrawal.

2. refractory cane according to claim 1 characterized in that the swollen part has a slightly tapered shape, at least towards the front, to facilitate its penetration into the opening of the furnace and improve the stability of the gas flow-around of the swollen part.

3. Refractory rod according to one of claims 1 and 2 characterized in that the swollen part is hollow and communicates with the interior of the elongated rectilinear tube.

4. refractory rod according to claim 2 characterized in that the hollow bulged part is filled with a refractory material having thermal insulation properties to reduce the heat flow from the inside to the outside of the oven.

5. Refractory cane according to claim 4, characterized in that the material introduced into the swollen part comprises quartz wool or alumina or aluminosilicate fibers.

6. Refractory rod according to one of claims 1 to 5 characterized in that heat shields in the form of washers (30, 32) are welded to the tube between the bulged part and the hooking spout of the carriage.

7. Tubular furnace for diffusing and / or oxidizing semiconductor-based parts, comprising a device for introducing, removing and setting in motion a carriage supporting parts to be treated, characterized by the fact that this device comprises a rod according to one of claims 1 to 6, capable of penetrating, by its end provided with a hooking spout, into the oven where it can move the carriage, the other end leaving the oven and being connected to a moving mechanism (22)